紧邻建（构）筑物岩质基坑开挖方法研究及工程应用

陈 杰

（中水珠江规划勘测设计有限公司 广州510610）

0 引言

随着城市建设的快速发展，城市内的基坑施工不仅环境保护要求高，且工期十分紧迫。地下室基坑开挖时，经常遇到基坑顶部存在建（构）筑物的情形，这类基坑开挖过程中需要特别对顶部建（构）筑物进行保护。对于松软土地区，需要考虑土方开挖卸载导致基坑顶部位移和沉降过大，进而对已有建（构）筑物造成损害；而在硬岩地区，虽然支护结构承载的土压力相对较小，但基坑开挖过程中需要爆岩，爆破过程中产生的振动波对紧邻基坑的建（构）筑物将产生不利影响，严重时危及建（构）筑物安全，给人民群众生命安全造成隐患。研究如何有效防止硬岩开挖过程中对紧邻建（构）筑物的影响，具有重要意义。已有学者对复杂环境下深基坑硬岩开挖方法进行了研究，并提出了针对具体项目的开挖方法［1-5］。贾佳兴等人［1］针对某大型交通枢纽项目，提出采用分期分区的施工组织方案，结合精细化的爆破设计参数进行开挖施工，取得了较好的效果；周咏渠等人［2］通过对比6 种硬岩开挖方法，提出了采用旋挖钻机钻孔连通形成临空面的开挖方式；王静［3］通过有限元数值模拟验证了开挖和支护方式的合理性；高祥兵等人［4］提出采用分层、试爆的方式，选择合适的爆破方式和参数；黄超［5］针对深基坑中的多支撑体系提出了一种硬岩开挖技术。在已有研究的基础上，提出一种基坑顶部有重要建（构）筑物的硬岩开挖的方法。已有研究很多都是针对具体项目制定的方法，且大部分项目均规模宏大，本文针对岩质基坑开挖提出的方法主要针对小型项目，具有效果好、速度快的特点。

1 岩质基坑开挖方法简介

岩质基坑开挖时，由于岩石强度较高，往往需要采取爆破作业，但其对周边环境影响较大，对于紧邻基坑边存在重要建（构）筑物的情形，更是影响巨大。如在岩石爆破之前沿着基坑边施工一排隔震孔，则爆岩的冲击波将被隔震孔截断，无法传递至基坑边，进而不会对坑顶建（构）筑物造成不利影响。所述隔震孔采用潜孔锤成孔，成孔直径约150～180 mm，隔震孔净距可取250 mm 左右，施工过程中为防止串孔，可采用隔孔施工，也可根据现场情况确定是否采用砂土等材料填塞隔震孔。隔震孔可在基坑支护结构施工之前先行施工，也可根据支护结构具体情形，支护结构施工和部分开挖后再行施工。本方法已应用于多个工程实例，以下介绍2个相关工程应用案例。

2 工程应用

2.1 工程实例1

广西某桥承台和抗推力结构基坑大开挖深度7.5～8.0 m，河两侧各形成一基坑，每个基坑周长约140 m。由于该新建桥梁施工完成之前交通不能中断，原桥台顶部的行车道路在桥台和抗推力基坑施工期间照常运行，基坑施工过程应保证过往车辆行车安全，基坑支护平面如图1a所示。该基坑开挖范围内除上部揭露薄层耕土和可塑状粉质粘土外，主要揭露微风化石灰岩，岩石饱和单轴抗压强度超过20 MPa，如按常规爆岩方法，必然对行车道路造成不利影响，严重威胁行车安全。为确保硬岩基坑开挖顺利进行，在岩体开挖前，先施工φ150@250 隔震孔，阻断基坑内部基坑的冲击波传递途径，确保岩体开挖施工不对行车道路造成影响，基坑支护典型剖面如图1b所示。

图1 工程实例1基坑支护平面及剖面Fig.1 Engineering Example 1 Plan and Section of Foundation Pit Support

本基坑上部粉质粘土层采用土钉墙支护，下部微风化岩体直立开挖，岩体开挖前先施工成孔隔震，确保基坑内部岩体挖除顺利进行。现该基坑已施工完成并回填，施工过程中行车道路保持通畅未受到影响。

2.2 工程实例2

广州某大型建筑基坑项目，周长约1 600 m，设3～5 层地下室，基坑开挖深度约10.0～20.0 m。为配合项目不同阶段开发进度要求，需对该项目基坑分期开挖，且项目部分区域由于地下室开挖深度的不同，存在大量坑中坑支护。项目先期的高层建筑（设3 层地下室）已施工完成至地下室底板和承台基础，但临近区域（设4～5 层地下室）尚未开挖，该部分基坑后期开挖时需对其顶部已施工完成的承台基础进行保护，基坑平面如图2a 所示。该部分基坑开挖范围内主要揭露强风化～微风化泥质粉砂岩，根据勘察报告，微风化泥质粉砂岩抗压强度标准值为22.7 MPa，如需挖除需要爆岩。而很大一部分开挖土石方揭露为微风化泥质粉砂岩。而基坑顶部的基础和部分上部结构已施工，土体开挖时，需对已施工的结构基础和上部建筑进行保护。刚开始开挖时，由于没考虑冲击波的不利影响未对爆岩采取特别处理方式，导致局部坑顶水平和沉降过大导致顶部已施工底板倾斜，紧急处理并停工后商讨措施。后提出沿基坑边设置φ150@250 隔震孔后再进行岩体开挖，典型剖面如图2b所示。

图2 工程实例2基坑支护平面及剖面Fig.2 Engineering Example 2 Plan and Section of Foundation Pit Support

施工隔震孔后再爆岩开挖基坑，后续施工进展顺利，临近承台的监测数据如图3、图4 所示，均保持在正常范围内，开挖未对紧邻坑顶的结构基础造成不利影响。

图3 承台结构顶部竖向位移累计变化曲线Fig.3 Cumulative Change Curve of Vertical Displacement at the Top of the Cap Structure

图4 承台倾斜累计变化曲线Fig.4 Curve of Cumulative Change of Cap Inclination

图3、图4 为承台在爆岩开挖基坑过程中与基坑开挖完成后的监测值，图3 为承台顶部竖向位移累计变化曲线，图4 为承台倾斜累计变化曲线。图3 中承台顶部最大沉降量为6 mm，图4中承台最大倾斜量为2.2 mm，均在正常值的范围内，开挖对临近坑顶的承台结构基础未造成不利的影响。岩石在爆破之前沿着基坑周边施工隔震孔的方法，能够有效地阻断冲击波的传递途径，对基坑周边的建筑物起到防护作用。

3 结论

针对顶部紧邻重要建（构）筑物的小型岩质基坑，采用爆破法开挖时爆破过程中产生的振动波易对基坑周边建（构）筑物产生不利影响，提出在岩石爆破之前沿着基坑周边施工隔震孔的方法，该方法能有效阻断冲击波传递途径。目前该种方法主要针对小型项目，一般采用φ150～180 mm，净距约250 mm 的隔震孔，本文列举的2 个工程采用该方法在施工过程中均取得了良好的效果。

成孔隔震法可根据项目现场情况采用合适的隔震孔直径和间距，可采用单排或多排，并可根据现场情况确定是否采用砂土等材料填塞隔震孔。该方法已应用于类似工程，为相关工程提供借鉴，可有效解决工程问题。